Biljätten: Framtiden är vätgasdriven

2017-06-22 06:00  

Vätgasen har många skeptiker. Men japanska biljätten Toyota har bestämt sig för att den har en given plats i framtiden. Frågan är på vilket sätt.

Bränslecellsbilen rullar fram till en anläggning fylld av rör, tuber och tankar i utkanten av Mainz nära Frankfurt i Tyskland. Den japanska biljätten har bjudit in bland andra Ny Teknik att köra de 90 milen (inklusive omvägar) i premiumsedanen Toyota Mirai mellan Stuttgart och Hamburg – enbart genom att tanka vätgas.

Några hundra meter från anläggningen står en grupp vindkraftverk och snurrar. Tanken är att överskottselen de genererar ska användas för att producera helt klimatneutral vätgas att tanka bilar och andra fordon med.

– Men för tillfället är elen för dyr att köpa för att det ska vara lönsamt att ha fabriken i gång, tvingas anläggningsingenjör Kai Abkemeir erkänna.

Bara en liten del av världens samlade vätgasproduktion är att betrakta som grön. Huvuddelen tillverkas av fossil naturgas.

Metoden som används i Energiepark Mainz är elektrolys. Renat kranvatten (H20) delas upp i vätgas (H2) och syrgas (O2) med hjälp av elektriciteten som driver en elektrolytisk process av typen PEM (polymermembran).

Den ingående effekten i anläggningen är maximalt 6 MW, men begränsas vid kontinuerlig drift till 4 MW. Processen har en verkningsgrad på 64 procent vilket innebär att 60 kilo vätgas kan produceras per timme. Den återstående energin som matats in har huvudsakligen omvandlats till värme, vilken släpps ut. Också syrgasen släpps ut.

Vätgasen lagras i två stora tankar på området och kan sedan tankas över till en trailer för leverans till vätgasmack eller blandas in i det konventionella gasnätet, berättar Kai Abkemeier.

Eftersom priset för den levererade vindkraften varierar är anläggningen även inkopplad till det vanliga elnätet. I praktiken drivs anläggningen omväxlande av vind- respektive nätel beroende på prisläget – alternativt står helt still.

Toyota har tagit med oss på resan för att visa att en vätgasdriven värld är möjlig. Företaget har sedan 2014 bränslecellsmodellen Mirai på marknaden.

Vätgas som bränsle har dock många skeptiker. Tesla-vd:n Elon har kallat det otroligt dumt eftersom produktionen av vätgas innebär en ineffektiv omväg. Men den japanska biljätten Toyota har bestämt sig för att vätgasen har en naturlig plats i ett samhälle som vill bli klimatneutralt.

Företaget, som för omkring 20 år sedan lanserade hybridbilen Prius med en liten elmotor som laddades under färd, ser nu en framtid där infrastruktur för vätgas har en lika självklar plats som den för elektricitet. Toyota kallar det för Hygrid.

– Vi är ödmjuka men ihärdiga. Vi vill minska utsläppen med 90 procent till 2050, säger Vincent Dewaersegger, en av Toyotas kommunikationschefer i Europa.

Mirai har hittills bara sålts i 3 500 exemplar världen över. För att fler ska haka på tekniken har Toyota släppt över 5 600 patent kring bränsleceller. Vid 2020 vill Toyota ha tiofaldigat siffran av sålda Mirai-bilar. Företaget är huvudsponsor till OS 2020 i Japan och fler modeller samt en uppdatering av Mirai lär vara att vänta innan dess, säger svenska kommunikationschefen Bengt Dalström.

Bilen då? Vi avverkade totalt drygt 90 mil och tankade två gånger under resan. Eftersom förhållandena skiljde sig kraftigt åt är det svårt att ange någon medelförbrukning.

Första dagen bestod mest av långa köer medan andra dagen ägnades åt lite snabbare körning än vad Toyota-teamet egentligen rekommenderade. Bilens topphastighet är knappt 180 kilometer i timmen. Vid hastigheter nära den maximala är verkningsgraden endast 35–40 procent jämfört med 60–65 procent vid 40–70 kilometer i timmen. Vi blev rekommenderade att inte överstiga en genomsnittlig förbrukning på 1,2 kilo vätgas per tio mil. Vid körning kring 120–130 kilometer i timmen på autobahn var det fullt görbart, vilket innebär en räckvidd på 42 mil. Tankarna rymmer 5 kilo gas.

Räckvidden och tankningen är det som av vätgasförespråkarna lyfts fram som de främsta fördelarna, även om utvecklingen av litiumjon-batterier de senaste åren har lett till angivelser kring 50 mil för batterifordon. Tankningen av en vätgasbil är dock rejält mycket snabbare. På fyra minuter är tanken helt fylld jämfört med 20–30 minuter för snabbladdning av en elbil med ett större batteri, då full laddning dessutom inte uppnåtts.

Läs mer:

Läs mer: Två steg mot effektivare bränsleceller

Problemet är i stället tankinfrastrukturen för vätgas, som släpar efter rejält. I Sverige finns ännu så länge bara fyra stationer. På resans sista stopp, i Hamburg, finns tre stycken. Vi besökte en av dem som faktiskt drivs av svenska Vattenfall. Den färdigställdes redan 2012 och är belägen mitt i centrum.

Stationen är egentligen en komplett fabrik där förnybar energi från elnätet används för att tillverka vätgas. Metoden är dock inte PEM som i Mainz utan alkalisk elektrolys.

– Vi valde metoden eftersom den vid planeringen av stationen kring 2010 var den mest pålitliga. Men PEM hade varit flexiblare och effektivare, säger Arne Jacobsen, projektingenjör som berättar att verkningsgraden ligger på cirka 45 procent.

Anläggningen dimensionerades för att kunna tillgodose behovet för 20 bussar, vilket innebär 260 kilo vätgas om dagen. I dagsläget utnyttjas bara omkring en fjärdedel av kapaciteten: bussar tankar 1,5 ton varje månad och i genomsnitt tre personbilar stannar till varje dag.

I Tyskland finns ett politiskt beslut att vätgas som säljs till allmänheten ska kosta 9,5 euro per kilo för att motsvara bensinpriset. Bussarna får dock tanka lite billigare på denna station.

– Den här anläggningen är helt och hållet ett demonstrationsprojekt. Vi tjänar inte några pengar på den, konstaterar Arne Jacobsen.

I Hamburg måste bussar från 2020 vara emissionsfria, vilket väckt hoppet om en gynnsammare framtid för vätgasen. Under resans gång nämns också en koldioxidskatt många gånger som något som förmodligen behövs för att göra vätgasen till ett kostnadsmässigt reellt alternativ till bensin och diesel. Att tekniken fungerar till många olika typer av fordon råder dock inget tvivel om efter besöket i Tyskland, där till och med ett bränslecellsdrivet flygplan visades upp (se separat artikel).

I vilken utsträckning vätgasen får betydelse för de olika fordonstyperna återstår dock att se.

Prenumerera på Ny Tekniks kostnadsfria nyhetsbrev!

Elektroner frisätts vid reaktionen

I en bränslecell genereras elektricitet och restprodukten vatten genom att ett bränsle innehållande väte genomgår en elektrokemisk reaktion med syre. Det finns i huvudsak sex typer av bränsleceller, bland annat PEM (polymermembran) och alkalisk. De namnges beroende på vilken elektrolyt som används.

Bränslecellen har en anod- och en katodsida separerade av en elektrolyt, till exempel ett polymermembran. Väteatomerna delas upp i protoner och elektroner. Protonerna tillåts vandra genom membranet medan elektronerna leds till en separat krets där elektricitet genereras.

Metoden som används i parken

Energiepark Mainz är ett samarbete mellan offentliga aktörer samt bland andra Linde och Siemens.

Vattnet som används är vanligt kranvatten som genomgår en omfattande reningsprocess genom osmos. Av 1,5 liter kranvatten fås 0,7 liter renat vatten. Efter elektrolysen återstår 89 gram vätgas och hälften så mycket syrgas.

Vätgasen har ett tryck på 35 bar efter elektrolysen. Den komprimeras till 80 bar och lagras i två stora tankar på vardera 82 kubikmeter. Tankarna är tillverkade av 65 millimeter tjockt stål och rymmer totalt 800 kilo vätgas. När gasen tankas över i en trailer höjs trycket till 225 bar med hjälp av kompressorer.

Johan Kristensson

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt